4、纳米光子学信息系统中的关键器件与电路解析

纳米光子学信息系统中的关键器件与电路解析

1. 非周期性啁啾光子纳米线

在纳米光子学信息系统中，非周期性啁啾光子纳米线是一个重要的研究方向。通过在光子纳米线光栅的周期中引入啁啾，可以对色散进行工程设计，以实现芯片级集成。这种器件类似于用于光纤应用中补偿群速度色散（GVD）的啁啾光纤布拉格光栅（CFBG）。

• 器件参数与原理

  • 采用SOI技术，假设Si和SiO₂的折射率分别为3.48和1.46。波导的平均宽度$W = 500$nm，高度$H = 250$nm，有效模式指数$n_{eff} = 2.63$，选定的布拉格波长$\lambda_{o} = 1.55$μm，对应的平均布拉格光栅周期$\Lambda_{o} = \lambda_{o}/(2n_{eff}) = 295$nm。
  • 对布拉格光栅应用线性啁啾，以在以共振布拉格频率为中心的光谱上引入二次相位，从而在反射带产生线性群延迟，形成啁啾布拉格光栅（CBG）。CBG在任意点$z$的周期为$\Lambda(z) = \Lambda_{o} + (F/2\pi) (\Lambda_{o}^{2}/L) (2z/L)$，其中$F$是啁啾参数，$L$是器件长度。固定$F$时，周期的总啁啾$\Delta\Lambda = (F/\pi) (\Lambda_{o}^{2}/L)$。

• 模拟与特性研究

  • 由于CBG器件的侧壁调制较大（50nm），处于强耦合状态，且强啁啾器件长度较短，可能不符合耦合模理论（